无线协议转换协调器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种无线协议转换协调器，包括微控制器核心主板、无线通讯板、扩展底板。微控制器核心主板和无线通讯板插接在扩展底板上，微控制器核心主板接收并处理无线通讯板的Ｚｉｇｂｅｅ无线数据，通过串口和以太网口将信息上传至现场总线，同时通过无线通讯板将信息输出。该协调器支持的Ｚｉｇｂｅｅ无线协议转Ｍｏｄｂｕｓ?ＴＣＰ／ＩＰ协议，Ｚｉｇｂｅｅ无线通信技术所使用的芯片具有低功耗、低成本的特点，大多数工控产品都具有支持Ｍｏｄｂｕｓ协议标准的接口，使得该协议转换协调器能满足大多数工业应用的需求。协调器采用了先进的无线技术，弥补了现场总线的不足，极大程度的完善了工业现场的数字化监测系统。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种协议转换协调器，特别涉及一种无线协议转换协调器。
技术介绍
目前，工业控制领域，大量使用PLC和DCS来实现数据采集和状态监测。但是这种 方式需要大量电缆，非常不便于维护。随后，现场总线技术不断发展。它节省了接线量，使 得监测系统更为便利。然而在一些布线困难的特殊工业现场，现场总线无法满足需求。这 时候我们需要引入无线技术来辅助。近年来无线短程网络技术得到了很大发展，先后出现了 Zigbee、WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)、Wireless HART 等技术规 范；目前这几种无线通讯技术规范均属于WPAN(无线区域个人网络)范畴，它们的物理层均 使用IEEE802. 15. 4技术规范，在物理层使用IEEE802. 15. 4无线通讯技术在家庭无线网络、 医疗监护系统、工业现场无线监控网络、“三表”行业及远传控制领域等都具有广泛的应用 价值。
技术实现思路
本技术是针对现在工业现场布线困难和无法实现数据监测的问题，提出了一 种无线协议转换协调器，研发一种基于IEEE802. 15. 4的Zigbee转Modbus TCP/IP协议的 无线通信协调器，使得工业现场的某些数据能够通过Zigbee无线传输方式接入到有线的 现场总线中。本技术的技术方案为一种无线协议转换协调器，包括微控制器核心主板、无 线通讯板、扩展底板，微控制器核心主板和无线通讯板插接在扩展底板上，微控制器核心主 板接收并处理无线通讯板的Zigbee无线数据，通过串口和以太网口将信息上传至现场总 线，同时通过无线通讯板将信息输出。所述微控制器核心主板包括AT91SAM9260芯片、存储电路、晶振电路、电源处理电路。所述无线通讯板包括CC2430无线通信芯片、晶振电路以及外接SMA天线及PCB天线。所述扩展底板扩展电源电路、调试接口、通讯接口。本技术的有益效果在于本技术无线协议转换协调器，基于 IEEE802. 15. 4，使用的是2. 4G免费公用频段，具有很好的安全性和可靠性。该协调器支持 的Zigbee转Modbus TCP/IP协议。其中，Zigbee无线通信技术所使用的芯片具有低功耗、 低成本的特点，可以为工业现场提供方面快捷的无线数据采集。另外，大多数工控产品都具 有支持Modbus协议标准的接口，使得该协议转换协调器能满足大多数工业应用的需求。总 之，本采用了先进的无线技术，弥补了现场总线的不足，极大程度的完善了工业现场的数字 化监测系统。附图说明图1为本技术无线协议转换协调器硬件结构框图；图2为本技术无线协议转换协调器中Zigbee转Modbus TCP/IP的协议转换 图；图3为本技术无线协议转换协调器中的软件启动流程图。具体实施方式如图1所示，本技术中的协议转换协调器包括微控制器核心板、无线通讯板、 扩展底板三部分。核心板包括微处理芯片、存储电路、晶振电路、电源处理电路，设计为ARM 芯片最小系统，使用4层PCB板设计。通过分析对比常用的多种ARM微处理器，选择了基于 ARM926EJ-S核心的工业微控制器AT91SAM9260 ；无线通讯板为一个Zigbee芯片最小系统， 包括CC2430无线通信芯片、晶振电路以及外接SMA天线及PCB天线，具备无线通讯能力。 CC2430与AT91SAM9260之间使用SPI总线通讯；核心板和通讯圆卡插在扩展底板上，在扩 展底板上扩展电源电路、调试接口、通讯接口等电路。考虑到装置应用于工业场合，需要很 宽的工作温度范围和稳定性，所以在各个模块和器件的选型时均使用工业级元件并进行抗 干扰测试和老化实验。电源部分的设计为电源5V直流输入，经过LDO芯片AMSl 117-3. 3和AMSl 117-1. 8 分别变压为3. 3V和1. 8V，为板上芯片、外设以及内核供电。串行通讯接口的设计为RS-232电平转换芯片选用ADM3202ARN。RS-485电平转 换芯片选用SN65HVD3082ED。由于RS-485电路可能将外部网络的瞬间大电流引入系统，必 须进行隔离处理。电源部分通过DC-DC器件将系统主电源和RS-485电路电源隔离，信号部 分用光耦器件隔离。以太网接口电路的设计AT91SAM9260内置以太网MAC，需要外接物理层芯片和 RJ45接口。在此采用Intel的工业级以太网物理层芯片LXT971ALE，它与AT91SAM9260之 间通过标准的Mil (Media IndependentInterface)接口连接。RJ45接口元件选用内置网络 变压器的工业级元件HY911105AE。软件部分的实施步骤由底层到高层依次包括Bootloader编写、操作系统移植、和 协议转换设计等。以下为各步骤的具体介绍Bootloader编写。BootLoader是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，用 来初始化硬件设备、建立内存空间映射，为调用操作系统内核准备好正确的环境，如初始化 CPU堆栈、外设接口的初始状态、存储器系统等。AT91SAM9260的启动程序，细分为一级启 动程序Bootstrap和二级启动程序U-Boot。本技术中使用了 AT91Bootstrap 1.11、 U-Boot 1. 1. 5和ATMEL的相应补丁文件。对官方的Bootstrap和U-Boot进行了修改，成 功移植到NOR Flash上。NOR Flash按照从低地址到高地址的顺序依此存放了 Bootstrap、 U-Boot, U-Boot环境、Linux内核、文件系统。操作系统移植，嵌入式操作系统种类繁多，其中比较适合于AT91SAM9260的是 μ C/0S-II和嵌入式Linux，二者皆为开源软件且应用广泛。本技术选择了嵌入式 Linux，其功能齐全，内置TCP/IP等多种协议，有大量的开源软件模块可用。协议转换设计。无线通讯模块接收到节点传送的数据包后，对其按照IEEE 802. 15. 4Zigbee通讯协议解包，通过SPI总线与AT91SAM9260进行通讯，传送数据包，然后 经过AT91SAM9260内运行的协议转换程序进行处理。Zigbee与Modbus TCP/IP协议转换模 型如图2所示。协议转换程序将CC2430发送的数据包按照LLC层、MAC层重新进行封装， 打包成现场总线能够接受的Modbus TCP/IP协议，最后通过物理层接口把数据包传送到现 场总线上。数据流向相反时原理相同，这样就实现了两种协议的转换和两种网络的互联。设计完成的整个软件系统启动流程如图3所示。系统上电后从NORFlash启动，运 行第一级启动程序Bootstrap，初始化系统时钟频率，初始化Flash、SDRAM和调试串口，复 制U-Boot到SDRAM中，然后运行U-Boot。U-Boot包含汇编和C语言两部分，汇编代码复制 异常向量表到SRAM，重映射使O地址对应SRAM中的异常向量表，接着分配各种处理器模式 对应的堆栈空间，最后跳转到C程序部分。C语言程序完成全部硬件的初始化工作、环境变 量设置、板级初始化。此时的U-Bo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线协议转换协调器，其特征在于，包括微控制器核心主板、无线通讯板、扩展底板，微控制器核心主板和无线通讯板插接在扩展底板上，微控制器核心主板接收并处理无线通讯板的Ｚｉｇｂｅｅ无线数据，通过串口和以太网口将信息上传至现场总线，同时通过无线通讯板将信息输出。

【技术特征摘要】
一种无线协议转换协调器，其特征在于，包括微控制器核心主板、无线通讯板、扩展底板，微控制器核心主板和无线通讯板插接在扩展底板上，微控制器核心主板接收并处理无线通讯板的Zigbee无线数据，通过串口和以太网口将信息上传至现场总线，同时通过无线通讯板将信息输出。2.根据权利要求1所述无线协议转换协调器，其特征在于，所述微控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽国，赵华，何杏宇，涂煊，
申请(专利权)人：上海工业自动化仪表研究院，
类型：实用新型
国别省市：31[]